某电厂MW机组烟气脱硫系统设计--石灰石石膏湿法烟气脱硫毕业设计论文.pdf

毕业设计（论文）设计（论文）题目：某电厂MW机组烟气脱硫系统设计姓 名_学院（系 环境与安全专 业 环境工程班 级 122301指导教师太原科技大学毕业设计（论文）任务书（由指导教师填写发给学生）时间：2016年1月23日学院（直属系）：环境与安全学院学生姓名指导教师设计（论文）题目某电厂l*200MW机组烟气脱硫系统设计主要研究内容1.熟悉锅炉脱硫工艺的类型及其特点；2.掌握锅炉脱硫工艺的流程；3.掌握锅炉脱硫的初步设计计算。研究方法（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，二氧化硫浓度。（2）净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行 参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。（3）脱硫设备设计计算（含脱硫塔、反应池、循环池和沉淀池）（4）烟囱设计计算（5）根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明 细表；脱离系统剖面、布置图若干张，以解释清楚为宜，最少2.5张A0图。主要技术 指标（或研 究目标）除尘器出口温度：135空气过剩系数：a=1.3排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比列为：16%烟气出口前阻力：800pa除尘系统阻力：800pa.室外温度：当地大气压：97.86kpa烟气密度（标准状态下）：1.34Kg/m3空气中含水（标准状态）按：0.01293kg/m3烟气其它性质按空气计算煤的工业分子成分：Cy=64%Hy=5%Sy=l.2%0y=6.6%Ny=1%Wy=8%Ay=16%Vy=15%排放标准：GB13271-2001二类地区标准执行烟尘浓度排放标准（标准状态）：200mg/m3SO2浓度排放标准（标准状态）：400mg/m3说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。同意教研室教研室主任（专业负责人）签字：意见烟气脱硫工艺系统设计摘要随着工业社会的飞速发展，我们国家逐渐意识到环境保护的重要性，有效的控制二氧 化硫和其他有害气体的排放已经成为国家环境规划的一个重要部分。烟气脱硫技术是控制 火力发电厂排放烟气中二氧化硫最有效的手段，也是现在成熟技术中唯一可以大面积使用 的技术。本文主要介绍了烟气脱硫脱硫背景，技术现状，脱硫的目的和意义，并且介绍了 目前世界上较为流行的烟气脱硫技术，通过对比各种脱硫工艺，本设计决定采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，这是一种最为常见的电厂烟气脱硫技术，工艺技术相当的成熟。本文对此工艺的流程、工作原理做了详细的说明，而后根据电厂的规模计算出需要处理的 烟气量，以及脱硫工艺的各个子系统的设计容量，选用装置和设备。关键词：石灰石-石膏湿法烟气脱硫烟气脱硫工艺二氧化硫环境保护IIABSTRACTWith the rapid development of industrial society,our country gradually aware of the importance of environmental protection,effective control of sulfur dioxide and other harmful gas emissions has become an important part of the national environmental planning.Flue gas desulfurization technology is the thermal power plant flue gas emissions of sulfur dioxide in the most effective means of control,is now mature technology in only the use of a large area of technology.This paper mainly introduces the background of flue gas desulfurization desulfurization,technology status,the purpose and significance of the desulfurization,and introduces the flue gas desulfurization technology is popular in the present world,through the comparison of various desulfurization process,this design decision using limestone-gypsum wet flue gas de Sulfur process,which is a most common power plant flue gas desulfurization technology,process technology is quite mature.This paper process,working principle do detailed explanation,then calculated according to size power plant flue gas volume needs to be dealt with,and desulfurization process of each subsystem design capacity,selection of apparatus and equipment.Keywords：Limestone-gypsum wet flue gas desulfurization Flue Gas Desulfurization Sulfur dioxide Environmental Protectionii目录摘要.ABSTRACT.II第1章概述.-1-1.1 烟气脱硫背景.-1-1.2 国内外烟气脱硫技术现状.-1-1.3 烟气脱硫的目的和意义.-2-第2章 烟气脱硫技术.-3-2.1 干法烟气脱硫技术.-3-2.1.1 电子束氨法脱硫技术.-3-2.1.2循环流化床烟气脱硫技术.-4-2.1.3 粉煤灰干式烟气脱硫技术.-5-2.2半干法烟气脱硫技术.-5-2.2.1旋转喷雾烟气脱硫技术.-6-2.2.2炉内喷钙尾部增湿活化法.-7-2.2.3荷电干式吸收剂喷射脱硫.-7-2.3湿法烟气脱硫技术.-8-2.3.1氨法脱硫8-2.3.2氧化镁法烟气脱硫.-9-2.3.3海水脱硫法.-10-2.3.4石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺.-11-2.4脱硫工艺的选择.-11-第3章 石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺.-13-IV3.1基本工艺流程.-13-3.2脱硫反应原理.-14-3.3主要工艺系统设备及功能.-15-3.3.1烟气系统.-15-3.3.2吸收氧化系统.-16-3.3.3浆液制备系统.-17-3.3.4石膏脱水系统.-17-3.3.5排放系统.-17-3.3.6热工自控系统.-17-第4章 脱硫系统各部分设计计算.-19-4.1已知参数.-19-4.2设计计算.-20-4.2.1热值与燃料量的计算.-20-4.2.2标况理论空气量.-21-4.2.3标况下理论烟气量.-21-4.2.4标况下实际烟气量.-21-4.2.5,标况下烟气含尘浓度.-22-4.2.6,标况下烟气中SO?浓度.-22-4.2.7.标况下SO2燃烧产量.-22-4.2.8.烟气中水蒸气密度.-23-4.2.9.烟气体积流量.-23-4.2.10.烟气质量流量.-23-4.2.11.吸收塔饱和温度计算.-24-4.2.12.吸收塔出口净烟气的计算.-24-V4.2.13吸收塔烟气计算结果汇总.-25-4.2.14.废水流量的计算.-26-4.2.15工艺水耗量.-27-4.2.16.石灰石消耗量/石膏产量.-27-4.217石膏脱水.-27-4.2.18石灰石浆液供给.-29-4.2.19.浆液池尺寸设计.-30-4.2.20滤池箱尺寸设计.-30-4.2.21.吸收塔尺寸的设计.-31-4.2.23.除雾器冲洗覆盖率.-33-4.2.24.烟道尺寸设计.-33-4.2.25.增压风机烟气设计流量计算.-34-4.2.26.增压风机总压损.-34-4.2.27.电机功率尸口.-34-J刈4.2.28三台循环泵轴功率计算.-34-4.2.29.电机参数 2.-35-4.2.30.氧化风机.-35-第5章 主要设备选型.-36-第6章 毕业设计心得.-39-参考文献.-40-致谢.-36-附录.-37-附录一外语论文.错误!未定义书签。附录二外文翻译.错误!未定义书签。VI第1章概述1.1 烟气脱硫背景目前，空气污染问题变得越来越严重，这不仅仅是区域性的环境问题，也是世界各地 共有的。空气污染主要是温室效应、臭氧层破坏和酸雨，工业社会的快速发展，能源的大 量消耗，使酸雨的问题变得尤为突出，酸雨有了另一个称呼“空中死神”。我们国家是一个煤炭大国，生活水平不断提高的同时，加大了对能源的消耗，各种先 进科技产品的诞生更是加大了对电力的消耗。在我国，电力是以煤炭为主的火力发电，在 某些使用含硫量高的煤，并且技术设备落后的地区，二氧化硫的排放量明显增加，在比较 严重的地方已经形成了类似伦敦一样雾气环绕的恶性环境。煤的成分中含有硫元素，所以在燃烧时会产生各种硫氧化物，如S02和S03等，燃烧 的烟气如果不经过处理，这些硫氧化物就会被排放到空气中，并且融化于水，伴随着雨或 者是雪在落回地面，也就是形成酸雨落下。酸雨主要对自然生态，建筑物，机械设备的腐 蚀还有人体健康等造成影响，水体的酸化使得大量水生物死亡，物种数量急剧减少，破坏 了其原有的生物链，酸雨导致土壤酸化，土壤养分受到破坏，植物的生长发育受到抑制；其次，酸雨腐蚀建筑物和机械设备，直接和间接造成的损失达到千亿元之多；最后，酸雨 中有害成分，如汞，铅等重金属进入人体内，容易导致某些部位的癌，另外受到酸性雾的 影响，人的呼吸变得困难，严重的会引起肺水肿。在80年代前，我国经济基础差，所以主要是以经济发展为主，忽视了能源消耗过程 中可能对环境造成的种种不利影响，烟气脱硫的研究和开发也基本处于零阶段，直到80 年代末90年代初，严重的环境问题让人们意识到保护环境的重要性，也就开始了烟气脱 硫的研究和开发，同时国家颁布了一系列关于二氧化硫污染的控制和预防方面的法律规 定。烟气脱硫过程很复杂，容易产生各种各样的问题，这使得在研究脱硫技术和治理烟气 难度加大，我国的相关部门，比如中国科学院等研究单位，将烟气脱硫作为热门主题进行 研究。1.2 国内外烟气脱硫技术现状-1-正是对环境问题的正视，十年的时间内，我国研究和发展了 50种以上的烟气脱硫技 术，具有用时短，技术全面，效率高的特点，这种研究速度和成果在全球烟气脱硫研发史 上是罕见的，不过考虑到燃煤电厂实际应用情况，所用到的成熟技术只有十几种。美国，日本还有德国在烟气脱硫研究属于领先地位，这与他们早期先进入工业社会发 展有关，近年来烟气脱硫系统的研究开发速度变得有些缓慢，创新型研究似乎有些停滞不 前，大部分的研究集中于改进已经成熟的烟气脱硫工艺。近年来我们国家加大力度引进烟气脱硫技术，目前主要的脱硫工艺有：电子束烟气脱 硫、循环流化床锅炉脱硫、石灰石-石膏湿法烟气脱硫、海水烟气脱硫、旋转喷雾半干法 烟气脱硫、炉内喷钙尾部增湿脱硫；现在主要研究的脱硫工艺技术有：微生物烟气脱硫 技术、烟气除尘脱硫一体化技术、催化氧化法烟气脱硫技术、“柠檬酸盐法”烟气脱硫技 术、“NN法”烟气脱硫技术、软镒矿法烟气脱硫资源化技术、活性炭纤维法烟气脱硫技术1.3 烟气脱硫的目的和意义烟气脱硫技术的发展，不仅减少了烟气中二氧化硫的含量，降低了酸雨形成的几率，而且将二氧化硫转化为可以回收利用的物质，如硫酸等，在区域性环境问题解决，生态系 统恢复健康发展的同时，人类自身的身体健康也得到了保证。人类活动和自然环境息息相关，烟气脱硫技术的目的就是减少人类活动对环境的破 坏，使人与大自然和谐相处，脱硫工艺的改进，使得工业对于能源的消耗减少，工业的产 能却大大提高。-2-第2章烟气脱硫技术目前我国的脱硫技术有很多种，分类的方法也多种多样，根据脱硫工艺在燃烧中所处 的位置，可分为三类，第一类是在燃烧前进行脱硫的燃烧预脱硫，如洗煤，煤的转化，微 生物脱硫等；第二类是在煤炭燃烧时脱硫的燃烧脱硫，有流化床燃烧，循环床，颅内喷钙 烟气脱硫技术；最后一类是对燃烧后产生的烟气进行脱硫，即FGD,它是三类脱硫技术中 最有效，是大部分的电厂使用的烟气脱硫技术，它对硫氧化物的脱除率超过百分之九十以 上。烟气脱硫除去烟气中二氧化硫是应用物理或化学方法，也分为三类，干法、半干法和 湿法烟气脱硫技术。2.1干法烟气脱硫技术干法烟气脱硫技术指的是在脱硫的过程中没有液相的介入，使用干粉或者粒状的吸收 剂，这种工艺在处理烟气中不会产生废水，因此减少了污水的处理，工艺的能耗相对较低,烟气净化后可直接排放到空气中，它的腐蚀性小，但是存在着其他的一些缺点，如脱硫的 效率低，工艺处理需要的场地面积大，操作的要求高，投资较大等，此类方法包括电子束 氨法，循环流化床，煤粉干式烟气脱硫技术。2.1.1 电子束氨法脱硫技术电子束氨法烟气脱硫技术(EA-FGD)是一种新型的烟气脱硫技术，它是我们国家烟气 技术研究的一个核心，也是未来研究的发展方向。这项技术因为其独特的吸收原理，所以-3-在环保领域很受重视。它利用电子加速器来产生电子束，配合投加的氨脱硫剂辐照烟气，来实现对二氧化硫的脱除。这种技术可以使硫和氮资源得到综合利用，不浪费。a工艺原理经过降低温度，增加湿度后的烟气被电子束辐射，电子束将烟气中的02,N2,H20等 分解成很多种自由基，这些自由基具有强氧化性，如0H,N,0和H等；再用这些自由基来 实现对二氧化硫的氧化脱除。b技术特点(1)它不产生废水，废渣等二次污染物(2)具有高达百分之九十五以上的脱除率(3)适用于高硫煤，副产物可以获得收益和购买煤炭的成本减少。(4)对烟气变化有敏锐的感知力，能在极短的时间内自我调整，满足情况变化的需 要。2.1.2 循环流化床烟气脱硫技术循环流化床技术原理很简单，就是将脱硫剂做成密度黏稠并且悬浮的颗粒，然后与很 高速度的烟气流充分接触 流化床像是一个容器，烟气与脱硫剂均匀混合于其中，并且 将二氧化硫吸收，转化成亚硫酸钙或者硫酸钙。可以通过改变湍流强度和吸收剂粒子的循 环倍率，可以使粒子与烟气的接触更强，而且脱硫灰的在循环可以提高反应区的钙硫比。a主要化学反应方程式如下：Ca(0H)2+S02=CaS03 1/2 H20+1/2 H20Ca(0H)2+S03=CaS04 1/2 H20+1/2 H20CaS03 1/2 H20+l/202=CaS04 1/2 H20Ca(0H)2+C02=CaC03+H20Ca(0H)2+2HCl=CaC12 2H20-4-2Ca（0H）2+2HCl=CaC12 Ca（0H）2 2H20Ca（0H）2+2HF=CaF2+2H20b技术特点：（1）具有高达百分之九十五以上的脱硫率：（2）工艺简单，系统的可靠性较高；（3）烟气在排放时无需加热；（4）脱除二氧化硫的同时，也能脱除三氧化硫，排放的烟囱不用做防腐处理；（5）副产物为干态，没有废水的产生；（6）占地面积小，投资小，维护需要的费用低。2.1.3 粉煤灰干式烟气脱硫技术1985年起到1988年底，三年的时间日本完成了利用粉煤灰脱除二氧化硫的工业实用 化实验，在1991年投运了第一台粉煤灰干式脱硫设备，处理烟气量为644000Nm3/h。粉煤灰干式脱硫使用的一种复合脱硫剂，这种脱硫剂由粉煤灰，石灰以及石膏为原料 制成。技术特点：（1）脱硫率在60%以上，性能相对稳定；（2）脱硫剂的成本比较低；（3）用水量少，不用处理废水，烟气也不用再加热，可直接排放；（4）设备总费用低，脱硫剂可以反复使用；2.2半干法烟气脱硫技术-5-半干法脱硫技术有一个很特殊的地方，就是在处理过程中使用的循环吸收剂必须在搅 拌机中增加湿度，这样做的目的是为了最大限度的利用吸收剂。燃烧后的烟气必须经过干燥，选用符合工艺要求的除尘器，用来分离出循环粉料，与 石灰，水，一起加入搅拌机中，加入的水量要根据烟气出口的温度来定量。主要特点；（1）循环率高（2）干燥迅速（3）反应器尺寸小（4）反应剂的利用率高半干法脱硫技术主要包括有：旋转喷雾干燥法，内喷钙尾部增湿活化法，荷电干式吸 收剂喷射脱硫等。2.21 旋转喷雾烟气脱硫技术它利用喷雾干燥的原理，将作为吸收剂的浆液雾化，然后喷入吸收塔内，在吸收塔内，雾化的吸收剂与烟气中的S02发生反应的同时，吸收剂中的水分被吸收的烟气中的热量所 蒸发，完成反应后的废渣形成一种干燥的状态。技术特点：（1）整个系统相对简单，运行可靠；（2）投资低，运行费用也不高；（3）不会产生结垢，堵塞喷嘴；（4）对设备的腐蚀性低；（5）最终产物处理起来方便，不过脱硫的效率相对略低。-6-2.2.2炉内喷钙尾部增湿活化法将石灰石粉作为吸收剂，用气喷入炉膛温度为8501150。的区域，石灰石受热而分解,分解为CaO和CO2,CaO和S02反应,生成CA（HSO和2。整个反应速度相对较慢,吸收剂 的利用率较低。用来增湿的水要形成雾状，这是为了能够使与没有反应的氧化钙在尾部增湿的活化反 应器内反应充分，反应后形成的氢氧化钙循环利用，继续与二氧化硫反应。没有参加反应的增湿水受到烟气温度的加热，会以水蒸气的方式蒸发掉，使得没有参 加反应的吸收剂还有反应产物形成一种干燥的状态，会被拦截在除尘器中。该法主要工艺特点：（1）工艺简单并且灵活，投资费用少，占地面积小，运行过程中的能耗低；（2）吸收剂为石灰石，利用率比较低，只有2.5%（3）脱硫效率中等水平，一般在（7585）%（4）对锅炉和烟气处理系统有影响2.2.3荷电干式吸收剂喷射脱硫荷电干式吸收剂喷射脱硫技术是对吸收剂的属性进行改变，将吸收剂以非常高的速度 通过一个充电区域，这个区域是由喷射单元产生的高压静电电晕区，可以使吸收剂粒子 得到强大的电荷，这样就能够使吸收剂在喷射到烟气流时迅速扩散，这是因为带有相同电 荷的粒子相互排斥，扩散的吸收剂粒子均匀悬浮，表面积的扩大能够增强与S02的反应，这样就提高了脱硫的效率。表面的电晕还增加了的活性，降低了反应需要的停留时间，化 学反应的时间很短，只需要2秒，有效的提高了二氧化硫的去除率。技术特点：（1）脱硫后的生成物为干燥状态，适合做其他用途，如建筑材料。（2）投资少，工艺简单，所需要的场地面积小。-7-（3）实际操作中要求极其的严格，尤其是吸收剂粉末中Ca（0H）2的含量、粒度及含 水率，这也是它不能得到推广的原因。2.3湿法烟气脱硫技术各个国家对于湿法烟气脱硫的研究很相似，对该脱硫技术的工艺流程，设备使用，脱 硫的形式以及脱硫机理都是差不多的，将石灰石，石灰做成浆液的状态，作为吸收二氧化 硫的洗涤剂，烟气通过除尘器后再经过增压风机排入吸收塔中，整个脱硫的反应就是在吸 收塔中进行。这种湿法脱硫工艺的技术已经是相当成熟的，它的脱硫效率也很乐观，接近 90%98%,更重要的适应能力强，电厂规模大小，燃烧使用的煤的品质，都不会对该工 艺造成影响，而且运行费用比其他的技术要便宜很多，最后的脱硫产物还能回收利用。湿法烟气脱硫的基本原理在湿法脱硫中对二氧化硫的吸收有物理吸收和化学吸收两种方法，没有发生化学反应 就是物理吸收，像用水直接来吸收二氧化硫的过程就是物理吸收，这类方法吸收程度取决 于气-液两相的平衡状态，因为气-液两相间的推动力小，所以该法吸收的效果不明显，速 度很低，这种工艺方法已经被淘汰了。化学吸收，顾名思义就是要发生化学反应的，烟气脱硫过程中吸收液组分能够和烟气 中的S02发生反应。有一种我们熟知的化学吸收就是酸碱中和，利用碱液吸收S02,之前 介绍过的在燃烧炉中喷射CaO也是化学吸收的一种。常见的湿法烟气脱硫技术有氨法，氧化镁法，海水脱硫法，以及我们最常见的，在国 内百分之九十以上电厂使用的烟气脱硫方法一一石灰石-石膏烟气脱硫技术等。2.31氨法脱硫氨法脱硫的工艺原理是利用氨水洗涤烟气，通过形成（NH4）2S03-NH4HS03-H20吸收 液体系，利用该溶液中的（NH4）2S03吸收S02,吸收液用完后可以在利用生成其他产品。通过几十年的研究，比较成熟的氨法烟气脱硫技术包括有氨-酸法，氨-硫酸镂法，氨-亚硫酸镂法等，这些方法原理相同，只是在脱硫工艺路线设计不一样，对于用完后的吸 收液处理方法不一样而已。-8-主要化学反应方程式如下：吸收：2NH3 H20+S02=(NH4)2SO3+H20(NH4)2SO3+H20+S02=2NH4HSO3酸解：(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+S02+H202NH4HSO3+H2SO4=(NH4)2SO4+2SO2+H20中和：H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4技术特点：(1)脱硫费用低，脱硫中的氨可以留在产品内，用来制作氮肥(2)氨极易挥发，使用消耗量大。(3)氨的来源受到的限制大。虽然有一些条件的限制，但是氨法作为一种有效的烟气脱硫的方法还是具有很好的前 景的。2.3.2氧化镁法烟气脱硫氧化镁法的研究已经是相当成熟，因为工艺的简单，效率高，在世界各地很受欢迎，我国的部分地区，电厂烟气脱硫处理也是使用氧化镁法。镁法脱硫工艺原理是利用镁的碱性氧化物与水反应，生成的氢氧化物与二氧化硫溶水 生成的亚硫酸溶液进行中和，氧化镁反应生成硫酸镁。脱硫过程中发生的化学反应方程式为：MgO+H2O=Mg(OH)2Mg(OH)2+SO2=MgSO3+H2OMgS03+H2O+SO2=Mg(HSO3)2-9-MgS03+1/202=MgS04工艺特点：（1）投资少，运行费用低。（2）结构简单，脱硫效率高，二次污染少。（3）系统不会发生结垢堵塞，控制好pH就能在一定程度上解决设备腐蚀问题（4）综合经济效益高，在实际工作中安全性能能够得到有力的保证。2.3.3海水脱硫法海水脱硫法，就是利用海水来进行烟气脱硫。海水具有天然的酸碱缓冲能力，无处经 过处理便可以直接使用，国外已经有研究出利用海水来进行二氧化硫的脱除，虽然效益可 观，不过受到海水的地域条件限制。燃烧后的烟气经过除尘，再进行降温，然后才能送入吸收塔中，在吸收塔中海水自上 而下的对烟气逆流洗涤，进而去除S02.。发生的化学反应为：S02（g）+H20=H2SO3H2SO3=H+HS03-HS03-=H+SO32-2SO32-+02=SO42-反应中产生的H+可以和海水中的碳酸盐继续发生反应：CO32-+H+=HC03-HC03-+H+=H2CO3=C02+H2-10-海水脱硫工艺的技术特点：(1)使用海水，节约了淡水资源。(2)高达到90%以上的脱硫率。(3)不产生副产品还有废弃物等二次污染物。(4)设备管道不会结垢堵塞。(5)碱度有限，适用于含硫量低的煤。(6)受地理位置条件的约束大2.3.4石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺石灰石-石膏湿法烟气脱硫是目前世界上适用范围最广，成熟度最高的脱硫工艺，吸 收剂是以石灰石或者石灰为原料制成的浆液，经过浆液循环泵打到吸收塔的喷淋层，在经 过喷嘴的雾化，使得浆液能够与烟气流充分接触，吸收后的浆液落在塔底，在经过与氧化 风机的不断鼓入氧化空气反应，最终形成了可回收利用的石膏。主要的技术特点：(1)脱硫率高，技术成熟，安全可靠。(2)对于煤种的适应性较强。(3)整个系统比较复杂，需要的场地较大，建设投资也比较高。(4)吸收剂资源极其丰富，价格便宜。(5)物料是浆状，在工艺处理过程中易结垢，堵塞，维护费用较高。2.4脱硫工艺的选择(1)脱硫设施的经济性要好(2)脱硫设施能够稳定地运行-11-优先选用成熟国产化率高的工艺。根据我国国情，选择工艺的原则有:(3)脱硫后排烟中的S02符合国家标准我国现在百分之九十的电厂都采用湿法烟气脱硫，并且将石灰石-石膏作为二氧化硫 的吸收剂，是因为这套工艺技术成熟。不仅能够满足对脱硫效率的要求，而且它需要的能 量消耗和运行成本相对于其他的工艺来说要低的多，吸收剂的来源广泛，储存量足够多，价钱便宜，更重要的是产物可以回收利用，没有二次污染，再结合电厂安装脱硫设备的难 易程度，占地面积等相关因素的考虑，本次设计决定采用工艺技术成熟的石灰石一石膏湿 法烟气脱硫工艺。-12-第3章 石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺石灰石/石膏湿法脱硫工艺主要有六个系统，分别是烟气系统、吸收氧化系统、浆液 制备系统、石膏脱水系统、排放系统、热工自控系统。3.1基本工艺流程锅炉燃烧后产生烟气，首先经过除尘器除尘，然后通过引风机将烟气送入到增压风机,这里设计两条烟气通道，在脱硫设备出现故障时，烟气可以不经过脱硫而是直接到烟囱，在排放到空气中，经过增压风机的烟气会进入GHH气气换热器，这个用来加热脱硫后的洁-13-净烟气，从GHH气气换热器出来的烟气已经降温，被送入到吸收塔的中下部。(不过也有 例外，有些地方除尘设备选择的不一样，电厂每天燃烧的煤的量也不一样，还有电厂采购 的煤种不同，使得在烟气除尘后可以不通过增压风机和换热器而直接进入到吸收塔中。)烟气自下而上的流动，用石灰石制作的浆液则是通过循环泵打入喷淋层从上到下，与 烟气流形成逆流的状态对烟气进行洗涤，接触反应吸收二氧化硫后的浆液落在浆液池中，部分已经氧化为石膏，没有反应完全的与氧化风机输送进来的空气继续反应，是石膏结晶 的更加完美。石膏会被浆液池底部的石膏浆液排出泵输送到脱水系统，而净化后的烟气需要经过一 个除雾器，这是因为经过浆液洗涤的烟气会携带有浆液雾滴，如果不经处理，会结露，对 烟道进行腐蚀，而且携带有雾滴的烟气使得烟气扩散速度变慢，烟气抬升高度降低，除雾 器还配备有专门的冲洗装置，根据除雾器上的堵塞情况，进行不定时的冲洗，同时也能够 稳定浆液池的液位，一举两得烟气从吸收塔排出后，再次经过GHH气气换热器，烟气温度加热到一定程度后通过烟 囱排放到空气中。3.2脱硫反应原理浆液被浆液循环泵打入位于吸收塔上部的喷淋管道内，在经过喷淋层上覆盖的喷嘴雾 化，使浆液分散成粒度非常小的浆液液滴，吸收塔上部的断面会被浆液液滴以百分之一百 八十的覆盖率覆盖，浆液液滴与下部升起的烟气混合接触，烟气中的二氧化硫被液滴吸收,整个吸收反应在吸收区进行，而吸收后的浆液在位于吸收塔底部的储液池中进行氧化和中 和反应，整个吸收塔脱硫后的产物为石膏。吸收剂需要在搅拌机下不断搅拌，用来稳定吸收剂的PH值，也能减少石灰石的消耗 量。吸收塔中S02脱除原理：烟气中的S02组分会与吸收剂中的碳酸钙组分发生化学反应，生成亚硫酸钙：CaCO3+SO2+H2O-CaSO3%H2O+%H2O+CO2(1)-14-烟气中含有的少量氧和亚硫酸氢根反应，使部分的亚硫酸钙转化为石膏:CaS03%H20+S02+H20-Ca(HSO3)2+%H20(2)Ca(HS03)2+%02+2H2O-CaS04-2 H20+S02+H20(3)没有反应剩下的硫酸亚钙落在浆液池中，氧化风机会鼓入氧化空气，使得亚硫酸钙和 氧气继续反应，最后生成硫酸钙。反应过程中主要是以亚硫酸氢根与氧气反应，而直接的氧化是次要的。Ca(HS03)2+%02+2H2O-CaS04-2 H20+S02+H20(4)在吸收塔内还会发生其他的反应，如：CaC03+S03+2 H20 CaSO4-2 H2O+CO2(5)CaC03+2HCI CaCI2+H20+C02(6)CaC03+2HF-CaF2+H2O+CO2(7)在吸收塔内的浆液池中，为了得到品质更好的石膏，就需要有充分的氧气和足够的时 间来保证整个氧化反应的进行，另外在整个氧化的过程中，需要不断添加未经反应的石灰 石浆液，以便调节池内的PH值。3.3主要工艺系统设备及功能3.3.1烟气系统烟气系统有较为重要的四个关键设备，它们分别是烟气流通的烟道，控制烟气进出的 烟气挡板，控制挡板的密封风机以及换热器。有些部分的烟气可能温度低，湿度大，会对 周围设备造成一定程度的影响，所以需要做好防腐处理。烟气挡板是控制烟气进出的设备，由两个部分组成，分为主烟道和旁路烟气挡板，主-15-烟道挡板安装在脱硫系统的进出口，旁路挡板是安装在原锅炉烟道的出口。当脱硫系统运 行时，旁路挡板门是关闭的，主烟道挡板打开，将烟气引入脱硫系统。当脱硫系统出现故 障或者检修没有运转时，旁路挡板门打开，主烟道挡板关闭，烟气通过旁路烟道进入烟囱 直接排入大气划。脱硫后的烟气因为温度的降低，会影响扩散，所以在排放前会经过加热装置，升温到 一定程度后再排放。除此以外，为了避免因高温对某些部件造成破坏，所以在烟气进入吸收塔前会进行降 温处理。3.3.2吸收氧化系统烟气脱硫的核心在S02吸收系统，吸收系统的核心装置是吸收塔。吸收系统包括浆液 喷淋层，除雾器，浆液循环泵，浆液搅拌器，和氧化风机口”。硫化物的吸收都在塔内完成。喷淋层位于吸收塔的中上部，他们的浆液循环泵独立，每个喷淋层是由一系列的喷嘴 组成，用来将浆液雾化口3 一般的，喷嘴均匀布置在支管上，而支管则是在母管的侧向成 对排列。浆液循环泵前安装网格状不锈钢滤网，为了防止浆液池内的沉淀物吸入到泵中，造成 泵的堵塞，损害，以及堵塞喷嘴，使得脱硫效率降低口叫吸收系统内还有另外一个部分，氧化空气系统。氧化风机的功能为：通过氧化风管，为吸收塔内提供足够的氧化空气，使塔内的剩余的亚硫酸钙充分转化为硫酸钙，以保证 石膏的生成，另外氧化空气的充分注入不仅可以使石膏结晶完善，而且能减少塔内壁的结 垢叫烟气中含有浆液滴以及少量飞灰，为了防止结露，吸收系统还设计了除雾器和它的冲 洗设备，二级除雾器设在喷淋层的上部，用来分离烟气中携带的液滴，它的材料一般是阻 燃聚丙烯。-16-3.3.3浆液制备系统浆液的制备可以分为两种，湿磨制浆和干粉制浆。两种方式需要的设备不一样，但是有些设备是一样的，包括有粉仓，浆液箱，输送泵,搅拌器。浆液制备系统的任务很简单，就是为吸收塔提供合适的吸收剂，浆液中的石灰石粒度 需要90%小于325目o3.3.4石膏脱水系统吸收塔浆液池中已经结晶好的石膏浆液会通过排出泵排出，一般直接送到水力旋流器 中，对石膏浆液进行浓缩上层的洗液则溢流排入设置好的溢流箱中。石膏浆液在水力旋流器中通过离心力加速，然后沉淀分离，分离后的增稠浆液被送到 真空脱水机中，进行第二次脱水，一般含固率在百分之九十以上，经过简单处理运送出厂 外另作他用。3.3.5排放系统在整个脱硫系统中，还需要设置一座事故浆液池，一般距离吸收塔较近，它是在整个 FGD系统出现故障时，能够将吸收塔内、管道中的浆液以及冲洗水等通过泵排入事故浆液 池中，所以它的容量一般较大，等检修完后，事故浆液池内的浆液又通过事故浆液泵送回 到吸收塔中，以便再次使用。3.3.6热工自控系统主要装备了完整的热工测量、自动调节、控制、保护及热工信号报警装置，以保证脱 硫效果和脱硫设备的安全经济运行的。-17-_ 18-第4章 脱硫系统各部分设计计算4.1已知参数(1)校核煤质：,=64%,%5%,Q16.6%,Nb=1%,兀=0.4%,%=8%,4=16%,匕”15%(2)环境温度:-1(3)烟气在除尘器的出口温度：135(4)烟气密度(标准状态)：1.34(版/加3)-19-(5)空气过剩系数：a=1.3(6)飞灰占不可燃组分：16%(7)烟气在锅炉出口前阻力：800Pa(8)当地大气压力：97.86kPa(9)空气含水(标准状态下)：0.01293(依/机3)(10)基准氧含量：6%(11)执行标准为：烟尘浓度排放标准(标准状态下)：30(mg/m3)二氧化硫排放标准(标准状态下)：200(mg/m3)4.2设计计算4.2.1热值与燃料量的计算热值计算Car=64%,=5%,Oar=6.6%,Nb=1%,S.r=0.4%,明=8%,乞=16%,匕”15%换算成干燥无灰基的元素含量=64/(100-8-16)0呵=84.2%，回=6.6%，O刎=8.7%，S时=0.5%2小广3 3%小1 0 3叫，尸1 Q9)darsda)=34.4(MJ/必)低位收到基发热量-20-Qar,net=Q X=258（MJ/kg）按38%的全厂效率，0.4%的含硫量燃烧计算:mcoal匕 3600 r/-Hu200-3.600 力“/,、m coal=-=73.4。/h）0.38-258004.2.2标况理论空气量（标况指的是标准状况，以下都一样）Q；=4.76（1.867。+5.56Hy+0.7Sy-0.705Qfa=6.80（m3/依）4.2.3标况下理论烟气量（空气含湿量为12.93 g/m3）Q：=1.867（。丫+0.375Sy）+11.2Hy+1.24Wy+0.016Q+0.792；+0.8W2；=7.35（m3/依）4.2.4标况下实际烟气量25=2；+1.01-1）2：Qs=9.4（根3/依）-21-4.2.5.标况下烟气含尘浓度C=2.586x10-3(依/)4.2.6,标况下烟气中SO2浓度2SyCsa=4xl06CSO2=862(mg/m3)S02浓度的校准基准氧含量为6%C-c厂 C 2M i r O2,4.6%以4.6%=SO2,at60/0 2M i。2,6%21-4.6Go2m6%=862(根/根3)21-6Cso26%=942(mg/m3)除硫效率为2 200=77%(200为SO2排放限值)8624.2.7.标况下SO2燃烧产量MsomSO2-x 0.4%x 7 3.4=0.5 9(/h)SQ的脱除量-22-心02sM=%。2 x 77%=0.45(力)4.2.8.烟气中水蒸气密度夕匕.=nwaterRTn:匕四“water r/八%r PMwater 9786318p-二-二-嗫.RT 8.314x27215x1 0 0夕=0.78(依/7W)4.2.9.烟气体积流量I u e,印&厂 o 丫f I u eVflet=734 3/0 x9.4(淅3/依)=6 9。0(G3/h)v做ggdry=690000(l0.083=6 3 3 0/h)嗫 s=5 7 0QW/z)4.2.10.烟气质量流量mflue,dry Pfl u e,amfl e&n=633000(Nm3/h)x 1.34(kg/m3)=848000依/h)m,l u e,印兹 厂 mf I u e，4 n w a t-23-叼52=8 4 8 034)4 4 金 9 2 0(妍/z)mwater=5700QZ:g/h)xOJkg/Nm3)4 4 4%/z)4.2.11.吸收塔饱和温度计算假定烟气从电除尘器中出口温度为135cGGH换热器出口温度为108干烟气水含量44460 八 xy=-=0.052848000在h,x图上，查至U熔h=248(kJ/kg),在找出饱和温度TT=48%=0.077a t,v tn p o u rTsw a t,e w t I e-w a t,Etr l/f I u e,aaurised=(0.0 7 7 0.0 5 及 8 4 8 0(蚓)/h)ater,vapourised=2 1 20W 1_ water,vapourised 2120 稣g/z)v water,saturation crc/7Plater,saturation 8(依/Nm)5=2700淅3/04.2.12.吸收塔出口净烟气的计算a t,v at p o u i(ci Iseecdn g sw a t-rw at,satura-24-匕 “”。“W运57000(TVm3/h)+27000(TVm3/h)Vwat,pou ilseeain或84000(M?/坨lea rjwgeats n l,(k Tty Mv a t,v at p o u jci Iseecdn匕/e 娱,比 633000(Nr/h)+84000(A3/z)匕市行717000(淅3/4.2.13 吸收塔烟气计算结果汇总吸收塔入口：Vw e=6